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太阳能电池应用方面的研究新进展

发布时间:2016-09-22      点击:

太阳能作为可再生能源,因其具有较高的清洁性、安全性以及资源的充足性受到了社会的广泛关注。合理有效地利用太阳能,可以减少使用非可再生能源、降低环境污染、提高可持续发展。

  人类对太阳能的利用形式可分为:光热能转换、光化学能转换以及光电能转换。其中,光电能转换是将太阳光的光能转换为电能。太阳能电池就是光电能转换的代表。在众多种类的太阳能电池中,硅太阳能电池因其较低的价格一直占据着市场的主要份额。但普通的平面结构硅太阳能电池的光电转换效率较低,限制了其向民用领域的推广。因此,提高硅太阳能电池的光电转换效率、推动太阳能电池的产业化应用成为了众多研究者努力的目标。

  微纳结构具有独特的光学特性,能够有效地引导光的传输,并且易于制作,从而为新一代太阳能电池提供了新的研究思路。燕山大学徐朝鹏、郭经纬研究团队将硅纳米结构与等离激元技术相结合设计了一种顶部为硅纳米锥阵列、底部为铝纳米半球阵列的硅太阳能电池(Optics Communications, 2016, 377, 104)。纳米锥阵列能使太阳能电池上表面的折射率发生梯度变化,可以有效的提高对太阳光的耦合吸收。铝金属纳米半球阵列通过等离激元效应同样可以有效的提高太阳能电池的吸收效率。仿真结果表明:周期性硅纳米锥阵列的参数为350纳米的直径和1。1的间距/直径比;铝纳米半球阵列的参数为160纳米的直径和1。3的间距/直径比。消除金属纳米半球的欧姆损耗,将700 nm厚的硅太阳能电池与这两种纳米结构相结合,在310-1127 nm太阳光谱范围内获得了72。928%的平均吸收率和33。311mA/cm2的短路电流。此短路电流比相同厚度下覆有Si3N4减反层的太阳能电池的短路电流提高了17。276%。且需要指出的是,这两种纳米结构利用现代加工工艺都是比较容易制备的。

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秒速三分彩   此前,燕山大学徐朝鹏、郭经纬研究团队已经研究了硅基不同纳米结构在降低太阳能电池表面反射、提高太阳能电池吸收效率方面的应用(Optics Communications, 2015, 356, 526)。设计了三种纳米结构:纳米柱、纳米锥以及纳米倒锥阵列,仿真了这些纳米结构对太阳光的反射与吸收,分析了纳米结构对光传输影响的机理,并且与相同厚度的单晶硅的吸收效率进行了对比。研究结果表明:与相同厚度的单晶硅相比,锥状与柱状纳米阵列由于有效折射率的影响,能够有效地降低对太阳光谱的反射,提高对太阳光的吸收效率,在400-800 nm波长范围内,锥状与柱状纳米阵列结构对太阳光谱的平均吸收效率分别提高了28%与13.1%;而倒圆锥纳米阵列与裸硅相比,不但不能有效地提高光吸收,且在630-800 nm波长范围内其反射率却会大大增加,这种结构可以用来减少红外光谱的吸收。与柱状、倒锥状纳米阵列相比,锥状纳米阵列的陷光增效性能。

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  随着现代加工技术水平的不断提高,利用微纳结构、等离激元效应以提高太阳能电池的光电转换效率、降低太阳能电池制造的成本,成为了新的研究热点。这也将为太阳能这种可再生能源的大规模产业化推广奠定理论和技术基础。

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